Работна група за активни съставки в храненето на животните e
Работна група за активни съставки в храненето на животните (AWT) Ензими в храненето на животните. 2004 г.
Автори: Dr. М. Бюлер д-р J. Limper Dr. A. Müller Dr. G. Schwarz проф. O. Simon Dr. M. Sommer Dr. W. Пролет 2
Издател и отговорен за съдържанието: AWT (Работна група за активни съставки в храненето на животните) Контакт: Dr. H.-C. Pape Roonstraße 5 D-53175 Bonn Тел. +49 228 352400 Факс +49 228 361397 E-Mail: [email protected] Търговско сдружение AWT AWT като немско търговско сдружение с международни дейности представлява професионалните, научно-техническите и икономическите интереси на водещ производител и преработвател на добавки за хранене на животни. Задачи и цели Представяне на интересите на членовете и тяхното представителство пред властите, държавните агенции, законодателните органи, специализираните организации и други институции на национално ниво Представителство на германските интереси в добавките на международно ниво Участие в хармонизиране на условията за прием на добавки, информиране и консултиране на членовете по всички специфични въпроси и по-специално за действащите законодателни процедури, информиране на обществеността за ползите, безопасността и качеството на добавките в храненето на животните 3
Съдържание 1. Въведение 1.1 Какво представляват ензимите? 5 1.2 Историческо развитие 5 2. Класификация и свойства на ензимите 2.1 Номенклатура на ензимите 8 2.2 Ендо- и екзо-ензими 10 2.3 Свойства на ензимите 11 3. Производство и области на приложение 3.1 Производствени процеси 13 3.2 Класификация на ензимно-продуциращите микроорганизми 15 3.3 Области на приложение и значение 16 3.4 Употреба в храненето на животните 17 4. Субстрати и техните свойства 4.1 Класификация на субстратите 18 4.2 Съдържание във фуражите 21 4.3 Ефекти на NSP съединения и фитат при животни 23 5. Цели на използването на ензимите и принцип на действие 5.1 Допълване на ендогенни ензими 25 5.2 Доставка на ензими, които не се образуват от животното 25 6. Хранителни ензими в практическа употреба 6.1 NSP-разделящи ензими 27 6.1.1 Ефекти върху животното и неговите характеристики 28 6.1.2 Възможни употреби в комбинирани фуражи 29 6.1.3 Икономическа оценка на ефектите 31 6.2 Фитази 33 6.2.1 Ефект на фитазата 34 6.2.2 Възможни употреби в комбинирани фуражи 35 6.3 Други ензими 37 7. Ензими и Околна среда 38 8. Анализ 8.1 Определяне на ензимната активност на NSP 40 8.2 Определяне на активността на фитазата 41 9. Форми на приложение, дозировка и безопасност на потребителите за ензимни продукти 42 10. Определяне на често използваните термини 44 4
Класификация и свойства на ензимите 2.2 Ендо- и екзоензими Фигура 1 Схематично представяне на точките на атака на екзоензими и ендо-ензими върху разклонена молекулярна верига За ензимите, използвани в храненето на животните, точката на разцепване на субстрата е от голямо значение за постигане на ефекта. По принцип се прави разлика между екзо (външни) и ендо (вътрешни) ензими. Екзо-ензимите разделят само крайните градивни блокове на молекулярната верига, докато ендо-ензимите разделят връзките в молекулярната верига (виж Фигура 1). Следователно ендо-ензимите могат ефективно да разграждат големи и дълговерижни молекули на по-малки фрагменти. Това е от особено значение за влиянието на не-нишестените полизахаридни разцепващи ензими върху вискозитета на храносмилателната пулпа. 10
Екстракция и области на приложение Фигура 4 Схематично представяне на ензимната екстракция с помощта на процеса на Emers Вода Хранителна среда Смесител за инокулум Стерилизация Буферен разтвор Ферментация Екстракция Твърдо/течно разделяне Утаяване Твърдо/течно разделяне Сушене на ензимен сух продукт 14
Екстракция и области на приложение Фигура 5 Принцип на екстракция на ензими с помощта на потопения процес Гъбите представляват най-голямата група ензимни продуциращи микроорганизми.Най-важните родове са: Aspergillus ssp. (Напр. A. niger), Penicillium ssp., Humicola ssp. (напр. H. insolens) и Trichoderma ssp. (напр. Т. longibrachiatum). Тези гъбички произвеждат ензими за разграждане на голямо разнообразие от субстрати; Общото между всички тях обаче е производството на ензими за разграждане на компонентите на растителните клетъчни стени под формата на високополимерни въглехидрати. От групата на бактериите, Bacillus ssp. наистина важно. Алфа-амилазите и по-специално протеазите се произвеждат от Bacillus ssp. произведени, като широко се използват Bacillus licheniformis и Bacillus subtilis; обаче, β-глюканази и ксиланази също могат да бъдат произведени от видове Bacillus. 3.3 Области на приложение и значение Размерът на световния пазар за индустриално произведени ензими се е увеличил повече от десетократно през последните 25 години и сега е 16
Субстрати и техните свойства Фигура 6 Разрез от амилопектин. Молекулите на глюкозата са свързани помежду си в 1,4 или 1,6 връзка. Фигура 7 α- и β-гликозидни връзки 19
Субстрати и техните свойства Фигура 8 Схематично представяне на структурата на 1,3-1,4-β-глюкани и арабиноксилани 1,3-1,4-β-глюкани, подобно на целулозата, са съставени от β-гликозидно свързани молекули глюкоза (Фигура 8) . В допълнение към характерните за целулозата 1,4 връзки те имат и 1,3 връзки. Те са отговорни за силното разклоняване на тези β-глюкани и възможността за задържане на вода (подуване) и по този начин, т.е. отговорен за анти-хранителния ефект (увеличаване на вискозитета). Пентозаните, които присъстват главно като арабиноксилани в ръжта и пшеницата, също имат силен повишаващ вискозитета и по този начин анти-хранителен ефект. Арабиноксиланите се състоят от основна верига от ксилопираноза и странични вериги от арабинофураноза. Схематично представяне на структурата на 1,3-1,4-β-глюкани и арабиноксилани е показано на Фигура 8. В допълнение към тези вещества, които не съдържат нишесте полизахариди (NSP), има предимно растителна основа 20
Субстрати и техните свойства Фигура 10 Влияние на чревния вискозитет Повишаващи вискозитета полизахариди Повишен чревен вискозитет Намалена скорост на преминаване на храносмилателната пулпа Намален прием на храна Увеличен растеж на чревната флора Конкуренция на хранителни вещества между гостоприемник и микрофлора Намален прием на хранителни вещества Повишен чревен вискозитет Намалена наличност на хранителни вещества Влошаване на ефективността на растежа и преобразуване на фуража Тънко черво, което може да доведе до повишени ендогенни загуби на протеин. Според предвидената употреба фуражните ензими могат да бъдат разделени на: а) ензими, които са предназначени да допълват количествено ендогенните храносмилателни ензими на моногастрални животни (напр. Протеази, амилази, липази) б) ензими, които моногастричните животни не произвеждат (напр. Фитази) 24